Estrutura de Dados em Delphi

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O artigo � �til para desenvolvedores que desejam se aprofundar em Estruturas de Dados, gerenciamento de mem�ria, ponteiros e alocaç�o din�mica, que em geral, s�o temas de muita import�ncia e muito utilizados no cotidiano nas mais variadas situaç�es.

Com conhecimentos avançados nestes temas conseguimos desenvolver formas de armazenamento robustas e que podem ser reaproveitadas em v�rios projetos de software.

Nesta s�rie de artigos o leitor saber� escolher qual a estrutura de dados mais adequada para determinadas situaç�es, al�m de aprofundar v�rios t�picos importantes da linguagem Delphi.

Um dos segredos de termos softwares r�pidos com certeza passa pela correta implementaç�o e utilizaç�o de estruturas de dados. A forma como os dados est�o organizados durante o processamento fazem com que o sistema tenha uma melhor ou pior performance.

O estudo das mais variadas estruturas de dados costuma ser uma das maiores dificuldades para os desenvolvedores. Observa-se principalmente nas universidades os problemas de muitos alunos de compreenderem esta �rea da Ci�ncia da Computaç�o que � t�o importante no desenvolvimento de softwares.

Nos dias atuais, a maioria das pessoas utiliza a agenda de um telefone celular para fazer o gerenciamento de seus contatos, sejam n�meros de telefones ou e-mails. Este simples recurso de armazenar telefones e e-mails envolve duas tarefas importantes.

A primeira � definir como o dado ser� armazenado na mem�ria, pois � necess�rio de alguma forma persistir a informaç�o. A segunda tarefa � disponibilizar operaç�es de criaç�o, recuperaç�o, ordenaç�o, alteraç�o e remoç�o de dados desta agenda.

A primeira tarefa influi muito na performance de qualquer aplicativo, pois quando informaç�es s�o armazenadas de maneira desorganizada ou incorreta, fica muito mais dif�cil fazer a manipulaç�o destas informaç�es.

Apesar da import�ncia deste armazenamento de informaç�es, o modo como o sistema persiste os dados deve ficar oculto para o usu�rio final, pois o que realmente interessa para o usu�rio s�o maneiras de fazer operaç�es com a agenda e n�o conhecer a maneira como estes dados s�o armazenados e recuperados.

Gerenciamento de Mem�ria

H� tr�s �reas de mem�ria onde as aplicaç�es armazenam dados: global memory, heap e stack. Vari�veis globais s�o armazenadas na mem�ria global (global memory). Esta mem�ria � reservada pela aplicaç�o quando o programa inicia e permanece alocada at� que o programa termine sua execuç�o. A mem�ria global � tamb�m chamada de data segment.

Quando declaramos uma vari�vel dentro de um m�todo, a mem�ria requerida para armazenar tal vari�vel � alocada numa �rea denominada Stack. Quando o programa sai do escopo do m�todo, as alocaç�es da Stack s�o liberadas automaticamente.

A mem�ria Stack � alocada dinamicamente utilizando o conceito de pilha (LIFO � Last In First Out). Em Delphi, a mem�ria Stack � utilizada para:

� Vari�veis de rotinas locais (m�todos, procedimentos e funç�es);

� Par�metros de rotinas e tipos de retorno;

� Chamadas a funç�es da API do Windows;

� Records;

N�o � necess�rio alocar nem liberar a mem�ria Stack, pois este processo � feito automaticamente. O tamanho da mem�ria Stack �, por padr�o, grande o suficiente para os programas em Delphi, sendo assim, muito raramente este tamanho ter� que ser alterado.

Nota: Para visualizar o tamanho da Stack, clique no menu Project � Options � Linking e note os campos Maximum Stack Size e Minimum Stack Size. N�o recomenda-se que se mude estas configuraç�es, pois isso pode acarretar problemas nas aplicaç�es.

Vari�veis locais n�o s�o inicializadas quando declaradas, portanto, uma boa pr�tica � antes de utilizar sua vari�vel, inicializ�-la para que voc� n�o tenha que se deparar com um valor absurdo.

Devido � estrutura de pilha utilizada pela Stack, o acesso a esta mem�ria � muito r�pido, pois apenas algumas poucas operaç�es s�o realizadas para armazenar e ler o valor de uma vari�vel.

Temos ainda a mem�ria Heap, ela � utilizada para:

� Criar uma inst�ncia de uma classe;

� Criar e redimensionar arrays din�micos;

� Alocar mem�ria explicitamente, usando GetMem, FreeMem, New e Dispose;

� Utilizar Ansi/Wide/Unicode strings, variants e interfaces (gerenciados automaticamente pelo Delphi);

Os blocos de mem�ria alocados na mem�ria Heap n�o t�m uma ordem l�gica de acesso, ou seja, seu acesso � rand�mico. Por isso que operaç�es realizadas na mem�ria Heap s�o um pouco mais lentas se comparadas �s da Stack.

Estruturas de Dados

Em Ci�ncia da Computaç�o as estruturas de dados s�o definidas como uma forma de armazenamento e organizaç�o dos dados, de modo que os mesmos possam ser usados eficientemente.

Existe uma diversidade muito grande de estruturas de dados, cada uma com um leque de aplicaç�es e algumas ainda bem espec�ficas para atender um �nico dom�nio de problema.

Quando criamos uma estrutura de dados definimos algumas operaç�es b�sicas para a mesma:

� Criaç�o da Estrutura;

� Inclus�o de Elementos;

� Remoç�o de Elementos;

� Acesso ao Elemento;

� Etc.

Quando se trabalha com estruturas de dados, geralmente um assunto tratado de forma conjunta � o de an�lise de algoritmos.

An�lise de Algoritmos e Complexidade Computacional

Quando fazemos a an�lise de algoritmos, o fazemos para provar que o algoritmo desenvolvido est� correto e tamb�m para determinarmos os recursos computacionais que foram exigidos pelo mesmo, al�m do tempo de execuç�o, espaço alocado e utilizado, etc.

Comparamos os recursos exigidos por diferentes algoritmos que resolvem o mesmo problema (um algoritmo mais eficiente exige menos recursos para resolver o mesmo problema) e ainda conseguimos prever o crescimento dos recursos exigidos por um algoritmo � medida que o tamanho dos dados de entrada cresce.

A Complexidade Computacional � um ramo da Matem�tica Computacional (BOX 1) que estuda a efici�ncia dos algoritmos. Para medir a efici�ncia de um algoritmo frequentemente usamos um tempo te�rico que o aplicativo leva para encontrar uma resposta em funç�o dos dados de entrada.

BOX 1. Matem�tica Computacional

A matem�tica computacional � uma �rea da matem�tica e da computaç�o que colabora na soluç�o de problemas de todas as �reas tanto das ci�ncias exatas, quanto de outras �reas quaisquer, atrav�s do desenvolvimento de modelos matem�ticos, para o tratamento de problemas complexos, e desenvolvimento de m�todos num�ricos de obtenç�o de soluç�es.

Possui tamb�m forte integraç�o com a Modelagem Computacional, uma �rea de conhecimento que trata da aplicaç�o de modelos matem�ticos � an�lise, compreens�o e estudo da fenomenologia de problemas complexos em �reas t�o abrangentes quanto as Engenharias, Ci�ncias exatas, Computaç�o, e Ci�ncias humanas.

Atua na interface com outras ci�ncias como a f�sica, a engenharia, a biologia, a ci�ncia da computaç�o, a tecnologia da informaç�o, dentre outras.

O Brasil colabora fortemente com a computaç�o cient�fica com v�rios centros de estudos avançados.

Tipos Primitivos

O Delphi possui uma s�rie de tipos primitivos, como inteiros, n�meros reais para partes fracion�rias, etc.

Os tipos de dados integer s�o usados para representar n�meros inteiros. Existem v�rios tipos diferentes de dados integer. Os tipos de dados real s�o projetados para conter um n�mero com uma parte fracion�ria.

Na maioria das linguagens, voc� tem que usar um tipo de dado real para representar um valor monet�rio. O Delphi fornece o tipo Currency especialmente para este uso.

Trata-se de um tipo ponto flutuante que � compat�vel em relaç�o � atribuiç�o com todos os outros tipos de ponto flutuante. O tipo Currency tem uma precis�o de quatro casas decimais e � armazenado como um inteiro de 64 bits (onde os quatro d�gitos menos significativos representam os 4 n�meros � direita do ponto decimal).

Voc� pode estar se perguntando por que deveria usar o tipo Currency em vez do tipo de dado real. O tipo Currency oferece duas vantagens importantes:

� Tem uma precis�o maior para conter n�meros grandes;

� � usado em CurrencyField e em outros componentes. Ele � compat�vel com tipos de banco de dados que representam dinheiro.

O tipo de dados Boolean � um dos mais simples e mais usados. As vari�veis desse tipo representam um valor l�gico: TRUE ou FALSE. As vari�veis do tipo boolean aceitam operadores condicionais.

O tipo char foi projetado para armazenar um caracter. Um caracter tem um byte de comprimento, o que daria 256 caracteres que poderiam ser colocados em uma vari�vel do tipo char.

O Delphi permite tamb�m o uso de caracteres do sistema UNICODE (Unicode � um padr�o que permite aos computadores representar e manipular, de forma consistente, texto de qualquer sistema de escrita existente) utilizando de 2 Bytes. O tipo de dados String tende a ser um pouco mais �til do que o tipo Char. No Delphi, o tipo de dados String era uma concatenaç�o de at� 255 caracteres individuais.

A seguir s�o listados os principais tipos primitivos do Delphi:

� Byte - (Tipo por valor) - Inteiro de 8 bits sem sinal (0 a 255).

� Short - (Tipo por valor) - Inteiro de16 bits com sinal ( -32768 a 32767).

� Integer - (Tipo por valor) - Inteiro de 32 bits com sinal (- 2147483648 a 2147483647).

� Long - (Tipo por valor) - Inteiro de 64 bits com sinal (-9223372036854775808 a 9223372036854775807).

� Single - (Tipo por valor) - Ponto flutuante 32 bits.

� Double - (Tipo por valor) - Ponto Flutuante 64 bits.

� Decimal - (Tipo por valor) - Ponto Flutuante decimal de 128 bits (1.0 x 10^ -28 a 7.9 x 10^ -28),

� Boolean - (Tipo por valor) - Pode ter os valores True e False.

� Char - (Tipo por valor) - Representa um �nico caractere unicode de 16 bits.

� Date - (Tipo por valor) - Representa uma data ou hora.

� String - (Tipo por refer�ncia) - Representa uma sequ�ncia de caracteres unicode.

Recursividade

Muitos problemas t�m uma caracter�stica comum: cada inst�ncia do problema cont�m uma inst�ncia menor do mesmo problema. Dizemos ent�o que esta situaç�o possui uma estrutura recursiva.

A recursividade na pr�tica ocorre quando uma rotina ou m�todo pode invocar a si pr�prio. Um dos cuidados a ser tomado nesse tipo de implementaç�o � o de cuidarmos para n�o entrar num loop infinito.

Para que isto n�o ocorra, � necess�rio que a cada chamada seja alterado o argumento de passagem do m�todo.

Na Listagem 1 temos um exemplo de emprego do c�lculo do fatorial de um n�mero, onde empregamos o c�lculo de forma recursiva atrav�s da chamada do m�todo Fatorial dentro dele pr�prio (linha 13).

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Estrutura de dados em Delphi

Neste artigo são apresentados recursos que muitos desenvolvedores não aplicam por não conhecerem ou acharem complicado, como ponteiros, arrays, matrizes, records, algoritmos de ordenação e mais.

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